采煤机是煤矿领域重要大型机械,核心装备。随着煤矿机械的智能化,其功能逐渐强大、结构愈加复杂。采煤机安全、高效、可靠的运行,是未来无人煤矿、智慧煤矿的高自动化、智能化的必要要求,直接决定了智慧煤矿的兴衰,然而截至至今国内大型采煤机在鲁棒性以及安全性方面,与国外采煤机械设备相比仍存在较大的差距。由于故障频发造成非计划停工、停产时有发生,严重制约着煤矿产业的发展与未来规划。采煤机行星齿轮箱是采煤机传动系统中必不可少的关键部分,因长期工作在重载、复杂的环境下,故障率较高,但维修人员无法及时掌握其运行状况和故障状态。本文结合数字孪生,建立与采煤机行星齿轮箱对应的数字孪生体,并通过故障注入的方式对其故障机理进行分析,然后通过理论值与仿真值进行分析比较验证数字孪生体的可靠性。最终借助于仿真数据构建随机森林故障诊断模型,实现对采煤机行星齿轮箱太阳轮的故障诊断。主要工作如下:（1）行星齿轮箱有限元分析。通过ANSYS对齿轮箱进行模态分析,获得传动系统行星齿轮箱体的固有振动频率。（2）采煤机传动系统行星齿轮箱数字孪生体模型构建与运动学仿真。在Solid Works中构建采煤机摇臂部齿轮箱高保真度的数字孪生几何模型,并进行零部件之间的装配以及对对应配合干涉检查,完成数字孪生体模型的构建。并导入到ADAMS中,进行柔性化处理、添加部件间对应约束、相关参数设置、负载以及驱动等,构建传动系统运动学模型,并仿真。通过传动比以及啮合频率验证模型的准确性。（3）采煤机行星齿轮箱数字孪生体故障植入与仿真。以正常行星齿轮箱为基础,通过Solid Works分别建立1/4、2/4、3/4以及完全断齿等太阳轮故障模型,并装配到行星齿轮箱中,以Para Solid格式导入到ADAMS中,然后设置材料、柔性化处理、参数设置以及驱动、负载等,考虑到断齿程度的变化会影响齿轮间接触刚度变化,因此需对断齿间的齿面接触刚度重新计算,进行仿真分析。并通过齿轮接触力、太阳轮啮合过程中形变量以及时频域对齿轮箱运动学模型进行分析,随着断齿程度的增加,齿轮形变量、接触力的大小以及加速度的时频域幅值会逐渐增加。从而验证了对太阳轮进行故障植入的可行性以及数字孪生体的可靠性。（4）通过仿真得到故障振动加速度信号作为样本输入到随机森林模型进行训练。并对振动信号进行小波包分解,提取故障特征信息,使用核主成分分析以减小样本数据复杂程度,使用随机森林算法得到故障诊断模块。